一款低功耗移動心電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

1.引言

隨著當前信息技術(shù)和醫(yī)療水平的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高，越來越多的人們對個人及家庭的健康護理提出了更高的要求，希望能夠隨時了解自己的身體健康狀況，并盡早發(fā)現(xiàn)病癥、解決問題。目前傳統(tǒng)的Holter系統(tǒng)體積大，使用不便的缺點也給人們的日常使用帶來了很大不便。因此，利用最新的無線傳感網(wǎng)與微處理器技術(shù)，設(shè)計實現(xiàn)一個可長期在線且具有無線移動監(jiān)控能力的移動心電信息采集監(jiān)控系統(tǒng)具有很高的實用價值和市場潛力。

本文通過研究人體心電信號的各項主要特征和實際監(jiān)測應(yīng)用需求，設(shè)計開發(fā)了一套無線傳感心電信息監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過嵌入內(nèi)衣穿戴的智能電極對心電信號進行采集處理，并通過目前已成為移動設(shè)備標配的藍牙無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將心電數(shù)據(jù)發(fā)送至Android智能監(jiān)控終端進行接收數(shù)據(jù)的存儲、管理和分析。

2.系統(tǒng)設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，包括嵌入內(nèi)衣的心電圖導聯(lián)、智能電極信號處理電路模塊、以及配置有藍牙的智能Android終端應(yīng)用，其中智能電極信號處理模塊包括模擬信號調(diào)理電路、微處理器電路和無線藍牙網(wǎng)絡(luò)模塊以及可在模塊上擴展體溫傳感器和血氧探頭等，進而擴展生命健康監(jiān)測參數(shù)。

本系統(tǒng)首先將嵌入內(nèi)衣的導聯(lián)電極采集的心電信號送往智能電極中信號處理電路模塊中，由模擬信號調(diào)理電路進行濾波放大。

信號經(jīng)調(diào)理之后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送給主控微處理器分析預(yù)處理。之后經(jīng)無線藍牙網(wǎng)絡(luò)通過無線信道送給配置有藍牙的智能Android終端應(yīng)用進行診斷分析以及監(jiān)控顯示。當發(fā)現(xiàn)異常時，終端應(yīng)用發(fā)出警報并可將結(jié)果通過移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送至遠程醫(yī)療中心。

由于智能電極中模擬信號調(diào)理電路不是本文對系統(tǒng)設(shè)計所要重點闡述的部分，所以本文主要對數(shù)據(jù)分析預(yù)處理、無線藍牙通信和Android終端應(yīng)用程序設(shè)計做介紹。

3.智能電極控制軟件設(shè)計

本系統(tǒng)采用TI公司MSP430G2553超低功耗微處理器構(gòu)建中心處理單元。MSP430單片機在低功耗方面表現(xiàn)出色，支持快速休眠，大量節(jié)省系統(tǒng)能耗，并且在惡劣條件下工作性能穩(wěn)定。所采用的G2553型號單片機加載有自主設(shè)計的危急特征提取算法，能夠滿足設(shè)計的需求。

如圖2所示為智能電極控制軟件流程圖。

主要過程為在信號調(diào)理電路預(yù)處理心電模擬信號之后，超低功耗微處理器通過內(nèi)置的10位AD轉(zhuǎn)換模塊(采樣精度為3mV)對模擬數(shù)據(jù)進行采集和轉(zhuǎn)換，采樣周期為5ms,并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)取高8位后通過與異步串口(UART)交由藍牙模塊通過無線藍牙網(wǎng)絡(luò)發(fā)出。

4.Android終端應(yīng)用程序設(shè)計

4.1 藍牙數(shù)據(jù)接收模塊設(shè)計

現(xiàn)代社會智能移動終端已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分，而目前大部分以手機為代表智能移動終端都是以Android系統(tǒng)為操作平臺并配置有藍牙裝置，因此為了滿足人們?nèi)粘Ｉ钍褂玫男枨笠耘渲糜兴{牙的智能Android移動終端為數(shù)據(jù)處理和診斷平臺來開發(fā)應(yīng)用程。該應(yīng)用程序以Java語言為主來進行開發(fā)。如圖3所示為Android設(shè)備藍牙數(shù)據(jù)接收模塊設(shè)計。